高潮迭起的2021年，將在中國科技史上格外閃亮。為實現科技強國的夢想，無數攻關者挑燈夜戰，迎難而上；無數勞動者殫精竭慮，血脈僨張。踏着自信的步伐，我們伸展雙臂，擁抱曙光。新時代的挑戰，讓生命迸發出異常的能量。2021，奮鬥孕育輝煌。
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一株自生自滅的野生稻成為農民手中的糧食，需要7000年到1萬年的馴化。而中國科學院種子創新研究院/遺傳與發育生物學研究所李家洋院士團隊在全球首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，可能將這個馴化過程縮短到幾十年，甚至更短。研究成果2月4日發表於《細胞》雜誌。
當前，田間的栽培稻由“祖先”二倍體野生稻經過數千年的人工馴化而來，馴化過程在改良其重要農藝性狀的同時，也造成了遺傳多樣性的大量減少、優勢基因資源的缺失。
除了二倍體栽培稻，稻屬還有其他25種野生植物，按照基因組特徵又可以分成11類，包括6類二倍體基因組和5類四倍體基因組。其中，異源四倍體野生稻具有生物量大、自帶雜種優勢、環境適應能力強等特點，但同時也具有非馴化特徵，無法進行農業生產。
為攻克培養多倍體水稻新作物的難題，研究人員首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略。按照這條技術路線，他們成功創製落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時間不同程度縮短的各種基因組編輯異源四倍體野生稻材料。這項研究開闢了全新的作物育種方向，是該領域的一項重大突破性進展。
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“祖沖之號”“九章二號”量子計算原型機研製成功
5月8日，中科大團隊製造的“祖沖之號”，打破了量子計算機最大量子比特數的世界紀錄。它以一個62比特的超導量子計算原型機，實現了可編程的二維量子行走。10月，它又升級到了“祖沖之二號”，可以操縱66個比特。
9月18日，在2021量子產業大會上參會人員參觀“祖沖之”號量子計算原型機微縮模型。新華社記者 韓旭 攝
10月，中國科大、中科院上海微系統與信息技術所等構建了113個光子的“九章二號”，處理“高斯玻色取樣”速度比目前最快的超級計算機快1024倍，進一步提供了量子計算加速的實驗證據。這也標誌着我國成為目前唯一同時在兩種物理體系都實現“量子優越性”的國家。
實現用光量子作為計算載體，要攻克諸多難關，包括製造高品質光子源、實現高精度鎖相和規模化干涉等等。比如說，光子源每次只放出1個光子，且每個光子一模一樣，這是巨大挑戰。同時，鎖相的精度相當於100公里距離的傳輸誤差不能超過一根頭髮直徑。高品質的光量子比特和邏輯器件，維持不了100毫秒，就要抓住這一瞬間讓量子計算機完成任務。相關技術要達到操縱光的極致。
近年來，中國在量子科技領域取得了諸多世界第一。中國科學家正在進一步提高量子計算機的穩定性和糾錯能力，讓量子計算機在物理和化學仿真、分子模擬構建、人工智能等方面大顯身手。
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我國首次火星探測任務天問一號着陸火星
歷經9個多月的長途跋涉，經歷了驚心動魄的火星着陸“黑色九分鐘”，5月15日，我國首次火星探測任務天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預選着陸區着陸，在火星上首次留下中國人的印跡，邁出了我國星際探測征程的重要一步。
“着巡合影”圖。國家航天局提供
6月11日，國家航天局舉行天問一號探測器着陸火星首批科學影像圖揭幕儀式，公布了由“祝融號”火星車拍攝的影像圖。首批科學影像圖的發布，標誌着我國首次火星探測任務取得圓滿成功。
我國首次火星探測任務於2016年立項，計劃通過一次任務實現火星環繞、着陸和巡視探測，其科學目標主要是實現對火星形貌與地質構造特徵、火星表面土壤特徵與水冰分佈、火星表面物質組成、火星大氣電離層及表面氣候與環境特徵、火星物理場與內部結構等研究。
天問一號探測器於2020年7月23日在海南文昌由長征五號運載火箭成功發射，2021年2月10日成功實施火星捕獲，成為我國第一顆人造火星衛星，2月24日探測器進入火星停泊軌道，開展了為期約3個月的環繞探測，為順利着陸火星奠定了基礎。
天問一號探測器成功着陸火星，是我國首次實現地外行星着陸，使我國成為第二個成功着陸火星的國家。
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“拉索”發現迄今最高能量光子
5月17日，《自然》發表的一項最新成果，改變了人們對銀河系的傳統認知：位於四川稻城的高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）在銀河系內發現2個能量超過1拍電子伏特（PeV，1000萬億電子伏特）的光子，這2個超高能光子分別來自天鵝座和蟹狀星雲，其中1個光子能量高達1.4PeV。
“這是人類迄今觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統認知，開啟了超高能伽馬天文學的時代。”中科院高能所研究員、“拉索”首席科學家曹臻說。
此前，銀河系內的宇宙線加速源存在能量極限是個“常識”，過去預言的極限就在1PeV附近，導致伽馬射線能譜在0.1PeV以上有“截斷”現象。“拉索”的發現完全突破了這個“極限”，確定了銀河系廣泛存在的天然高能加速器，可以把宇宙線加速超過PeV，甚至於10PeV以上。
7月9日，《科學》報道“拉索”精確測量了高能天文學標準燭光的亮度。科學家們確認，這個標準燭光就是由宋朝記錄的“天關客星”經千年演化形成的著名天體——蟹狀星雲。“拉索”測量了標準燭光在2400倍的能量範圍內的亮度，尤其是在能量最高的超高能伽馬波段測定了新標準。
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神舟兩次成功發射中國人長期駐守太空
仰望冬夜，常能看到一枚亮星劃過中天。那是每90分鐘繞地球一圈的“天宮”，還有三位堅守崗位的中華兒女。
6月17日，神舟十二號載人航天飛船成功發射，並與天和核心艙成功完成對接。9月17日三位宇航員回到地球。10月16日，神舟十三號將另外三名航天員送上太空，他們要駐留半年，這也是空間站航天員乘組一般的駐留周期。這意味着，中國的載人航天邁過試驗階段，實現太空往返常態化。中國的空間站即將成為人類探索宇宙的主力陣地。
還記得幾十年前，美國拒絕中國人參與國際空間站；如今，中國白手起家，建成了自己的空間站，三年後還將成為人類唯一的太空前哨。天宮的存在，讓十幾個國家向中國提出申請，合作探索外太空。天宮驕傲地宣示地球人的智慧和力量。
最近兩年，航天事業捷報頻傳，北斗組網，火星探索，空間站常駐，緊鑼密鼓，目不暇接，離不開中國航天人數十年如一日的奮鬥和登攀。今年兩艘神舟飛船成功執行任務，更讓許多年輕人熱血沸騰，拍手叫好，就像有網友的留言“只想大呼666！”大家期待天宮一號上誕生更多科學成果，更多有趣的探索，書寫更輝煌的中國故事。
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金沙江白鶴灘水電站投產發電
世界第二大水電站，開始工作了！6月28日，白鶴灘水電站首批機組正式投產發電。白鶴灘水電站位於雲南和四川交界的金沙江幹流上，是當今世界在建的規模最大、難度最高的水電工程。它的最大壩高289米，排名世界第三；總裝機容量達1600萬千瓦，僅次於三峽水電站。
白鶴灘水電站擁有16台世界最大的100萬千瓦水輪發電機，全部實現國產化。12月19日，最後一台機組發電機組轉輪完成吊裝。轉輪被稱為水輪發電機組的“心臟”，過流能力、水力效率及運行穩定度能看出技術高低。重達338.2噸的9號機組轉輪創新性採用15個長葉片和15個短葉片相結合，達到各方面的最優。
白鶴灘大壩的總庫容和防洪庫容，均為金沙江下游4個梯級電站中最大，可提高宜賓、瀘州、重慶的防洪標準，並支援三峽以下長江各城市防洪。它還可以實現枯水期均勻下泄，讓下游原本半年不能通航的江段，全年都能通航。
習近平總書記為此致賀信指出：“白鶴灘水電站是實施西電東送的國家重大工程，是當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程。全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發電機組，實現了我國高端裝備製造的重大突破。”
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“十四五”開局之年科技體制改革舉措密集出台
2021年在中國科技歷史上具有重要意義。習近平總書記出席兩院院士大會中國科協第十次全國代表大會、國家科技獎勵大會、親臨國家“十三五”科技創新成就展現場參觀，對科技創新取得的重大成就給予充分肯定。過去一年，黨中央國務院部署系列科技改革任務，包括科技發展規劃、各領域科技行動計劃、重大改革舉措工作方案，全面形成了“十四五”的開局部署。
2021年的科技體制改革全面而深刻。相關政府部門持續改革完善科研經費管理，為科研人員鬆綁、減負、賦能，為人的創造性服務，讓科研人員感受到實實在在的成就感與獲得感；在具有戰略性的項目管理上探索新機制，實施“揭榜挂帥”機制；支持不同技術路線并行攻關，在關鍵性應急性重大任務中安排“賽馬”攻關項目。啟動顛覆性技術專項，積極探索首席科學家負責制，大範圍設立青年科學家項目。
國務院辦公廳8月接連發布《關於完善科技成果評價機制的指導意見》《關於改革完善中央財政科研經費管理的若干意見》等文件，引起科技界的普遍關注。
科技改革的出發點和落腳點就是要重點圍繞科技創新團隊、科研人員、科研機構做工作，真正把優勢科技資源配置到最緊迫最急需的地方，切實提高科技創新效能，有效激發全社會的創新活力，強化科技對經濟社會發展的支撐引領。
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首次實現澱粉全人工合成
以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成澱粉——看似科幻的一幕，在實驗室里真實地發生了。
中科院天津工業生物技術研究所研究人員提出了一種顛覆性的澱粉製備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產生的氫氣為原料，成功生產出澱粉，國際上首次在實驗室實現了二氧化碳到澱粉的從頭合成，使澱粉生產從傳統農業種植模式向工業車間生產模式轉變成為可能，取得原創性突破。相關研究成果9月24日在線發表於《科學》雜誌。
“長期以來，科研人員一直在努力改進光合作用這一生命過程，希望提高二氧化碳的轉化速率和光能的利用效率，最終提升澱粉的生產效率。”論文通訊作者、中科院天津工業生物技術研究所所長馬延和直言。
為解決這一難題，天津工業生物技術研究所研究人員從頭設計了11步主反應的非自然二氧化碳固定與人工合成澱粉新途徑，在實驗室中首次實現了從二氧化碳到澱粉分子的全合成。
這一合成生物學領域重大原創突破，有望對糧食生產產生革命性影響，對生物製造產業的發展具有里程碑意義。
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凱勒幾何兩大核心猜想被證明
11月初，媒體報道，《美國數學會雜誌》發表了中國科學技術大學幾何物理中心創始主任陳秀雄教授與合作者程經睿在偏微分方程和復幾何領域取得的“里程碑式結果”。
他們解出了一個四階完全非線性橢圓方程，成功證明了“強制性猜想”和“測地穩定性猜想”這兩個國際數學界60多年懸而未決的核心猜想，解決了若干有關凱勒流形上常標量曲率度量和卡拉比極值度量的著名問題。
凱勒流形上常標量曲率度量的存在性，是過去60多年來幾何中的核心問題之一。關於其存在性，有三個著名猜想——穩定性猜想、強制性猜想和測地穩定性猜想。經過近20年眾多著名數學家的工作，強制性猜想和測地穩定性猜想中的必要性已變得完全清晰，但其充分性的證明在陳-程的工作之前被認為遙不可及。
求出一類四階完全非線性橢圓方程的解，就能證明常標量曲率度量的存在性。陳-程的工作恰恰就是在K—能量強制性或測地穩定性的假設下，證明了這類方程解的存在。這類方程的研究極為困難，此前，對此類方程幾乎沒有合適的處理工具。陳-程最重要的突破是給出了這類方程的先驗估計以及成功實現了陳秀雄提出的新的連續參數的策略。
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我國首個抗新冠病毒特效藥獲批上市
12月8日，國家藥品監督管理局宣布，應急批准騰盛華創醫藥技術公司的新冠病毒中和抗體聯合治療藥物安巴韋單抗注射液及羅米司韋單抗注射液註冊申請。這是我國首個獲批的自主知識產權新冠病毒中和抗體聯合治療藥物。
此獲批標誌着中國擁有了首個全自主研發並經過嚴格隨機、雙盲、安慰劑對照研究證明有效的抗新冠病毒特效藥。
這款藥物的用途包括：接種了疫苗也產生不了中和抗體的人，比如一些老年人和免疫低下群體；感染了繞過疫苗的新突變毒株的病人；需要預防的密接人群。
安巴韋單抗和羅米司韋單抗聯合療法在實驗中有非常好的表現。與安慰劑相比，國產新葯治療能將中輕度新冠患者轉為重症和死亡的風險降低80%。國產新葯設計之初就考慮到了應對新冠變異株的有效性問題，這一對抗體最大可能地避免了變異株對中和抗體的逃逸。
今年，科技抗疫支撐保障了中國經濟平穩運行。全國科研精銳力量聚焦疫苗、藥物、檢測試劑等5大方向持續開展應急攻關，為常態化疫情防控、保障經濟平穩運行提供了“硬核科技力量”。科技保駕護航，戰疫更有底氣！